土木经典教学大纲1

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1、结 构 力 学一、课程性质与目的 本课程是土木工程专业必修的一门主要的专业基础课。 本课程的教学目的是使学生在理 论力学和材料力学的基础上进一步掌握分析计算杆件体系的基本原理和方法， 了解各类结构 的受力性能，培养结构分析与计算(包括手算与电算)方面的能力，为学习有关专业课程及进 行结构设计和科学研究打下基础。 二、课程基本要求 (一)几何组成分析 掌握平面几何不变体系的基本组成规律及其应用。 (二)静定结构的受力分析 灵活运用隔离体平衡法， 熟练掌握梁和刚架内力图的作法以及桁架内力的计算方法， 掌 握静定组合结构和拱的内力的计算方法。了解静定结构的力学特性。 (三)虚功原理与结构的位移计算

2、理解变形体虚功原理的内容及其应用， 熟练掌握静定结构位移的计算方法， 了解互等定 理。 (四)影响线 理解影响线的概念，掌握作静定梁和桁架内力影响线的静力法，了解机动法。会用影响 线求移动荷载下结构的最大内力。 (五)力法 掌握力法的基本原理和用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。 会计算超静定结构的位移。了解超静定结构的力学特性。 (六)位移法 掌握位移法的基本原理和刚架在荷载作用下的计算。 (七)力矩分配法 掌握力矩分配法的概念，会用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。 (八)、结构矩阵分析 掌握用矩阵位移法计算杆件结构的原理和方法。 (九)结构的动力计算 掌握结构动力分析

3、的基本方法， 掌握单自由度及两自由度体系的自由振动及其在简谐荷 载作用下的受迫振动的计算方法。了解阻尼的作用。了解频率的近似计算方法。 三、课程教学基本内容(带“*”号的为选学内容) (一)几何组成分析 几何不变体系和几何可变体系、自由度和约束、必要约束和多余约束的概念，瞬变体系 的概念。平面几何不变体系的基本组成规律及其应用。 (二)静定结构的受力分析 用隔离体平衡法求杆件未知内力的要点。 直杆荷载与内力间的微分与增量关系及其在内 力图上的反映。分段叠加法作直杆的弯矩图。静定梁和刚架内力图的作法，静定桁架、组合 结构和拱的内力的计算方法。静定结构的力学特性以及各类结构的受力特点。 (三)虚功

4、原理与结构的位移计算 变形体虚功原理及其在结构位移计算中的应用，静定结构由于荷载、支座移动、温度改 变和制造误差而产生的位移的计算方法。 广义力和广义位移的概念。 图乘法在位移计算中的 应用。线弹性体系的互等定理。 (四)影响线影响线的概念。 用静力法作静定梁和桁架内力的影响线， 用机动法作静定梁内力的影响 线。用影响线求移动荷载下结构的最大内力。*简支梁的内力包络图与绝对最大弯矩。 (五)力法 力法的基本原理。用力法计算超静定结构在荷载、支座移动、温变作用下的内力。超静 定结构的位移计算。超静定结构的力学特性。 (六)位移法 位移法的基本原理， 等截面直杆的刚度方程。 用位移法计算刚架和连续

5、梁在荷载作用下 的内力。 (七)力矩分配法 力矩分配法的概念， 用力矩分配法计算连续梁和无侧移刚架。 用挠曲线比拟法作连续梁 内力的影响线。 (八)结构的矩阵分析 等截面直杆的单元刚度矩阵，坐标变换，结构的整体刚度矩阵。等效结点荷载。矩阵位 移法的计算步骤以及用矩阵俭移法计算连续梁、平面刚架、桁架和组合结构的电算程序。 (九)结构的动力计算 动力分析的基本概念和方法。 单自由度体系的自由振动分析， 单自由度体系在简谐荷载 作用下的受迫振动的计算。*单自由度体系在一般动荷载作用下的受迫振动。阻尼对振动的 影响。多自由度体系的自由振动，主振型的正交性。多自由度体系在简谐荷载作用下的受迫 振动的计算

6、。*振型分解法的概念。频率的近似计算方法。 *(十)结构的稳定计算 稳定问题的基本概念。用静力法和能量法确定压杆的临界荷载。 *(十一)结构的极限荷载 极限弯矩、 塑性铰和极限荷载的概念， 比例加载的一般定理。 超静定梁极限荷载的计算。 四、实验内容 平面杆件结构(连续梁、 刚架、 桁架和组合结构)矩阵位移法计算程序上机实习(上机时数 不少于 16)。 五、前修课程要求 理论力学、材料力学、FORTRAN 语言弹 性 力 学一、课程性质与目的 本课程是土木工程专业限定选修的一门专业基础课。 本课程的教学目的， 是使学生在理 论力学和材料力学等课程的基础上进一步掌握弹性力学的基本概念、基本原理和

7、基本方法， 了解弹性体简单的计算方法和有关解答， 提高分析与计算的能力， 为学习有关专业课程打下 初步的弹性力学基础。 二、课程基本要求 (一)理解弹性力学的基本假定，进一步理解体力、面力、应力、应变和位移的基本概念， 熟悉记号和符号的有关规定。 (二)掌握平面应力问题和平面应变问题的特点，熟悉平面问题的基本方程，了解按应力 求解平面问题的基本思路和步骤。 (三)能正确写出边界条件，能正确理解和应用圣维南原理。 (四)通过实例，了解平面问题逆解法和半逆解法的基本思路。 (五)通过实例，理解位移单值条件和孔边应力集中等概念。(六)理解有限单元法的基本概念及原理，通过平面问题常应变三角形单元的应用

8、，了解 有限单元法的计算步骤。 (七)了解空间问题的基本方程和边界条件。 三、课程教学基本内容 (一)绪论 弹性力学的研究对象、研究方法和基本假定。体力、面力、应力、应变和位移的基本概 念及其记号和符号的规定。 (二)平面问题的基本理论 平面应力问题和平面应变问题的特点。 平面问题的平衡微分方程、 几何方程和物理方程， 刚体位移的概念。应力边界条件和位移边界条件。圣维南原理及其应用。按应力求解平面问 题，相容方程和位移单值条件。应力函数的引用。 (四)用直角坐标解平面问题 逆解法和半逆解法的解题思路。多项式解。矩形梁纯弯曲。简支梁受均布荷载。楔形体 受重力和液体压力。 (五)用极坐标解平面问题

9、 极坐标系中的平衡微分方程、 几何方程和物理方程。 极坐标系中的应力函数和相容方程。 轴对称问题。圆环或圆筒受均布法向力。圆孔的孔边应力集中。半平面体受边界力。 (六)用有限单元法解平面问题 基本量和基本方程的矩阵表示。 有限单元法的基本概念。 常应变三角形单元的位移模式， 解答的收敛性条件。单元的应力矩阵和劲度矩阵，等效结点荷载。结构的整体分析。有限单 元法的计算步骤及计算程序。单元划分的原则。计算结果的整理。矩形单元简介。 (七)空间问题的基本理论 空间问题的平衡微分方程、几何方程、物理方程和边界条件。 四、实验内容 平面问题有限单元法计算程序上机实习(上机时数不少于 8)。 五、前修课程

10、要求 理论力学、材料力学、FORTRAN 语言流 体 力 学一、课程性质与目的 流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的学科， 是土木工程专业一门必修的专业基 础课程。 本课程的目的是：通过各教学环节，使学生掌握流体运动的基本概念、基本理论、基本 计算方法与实验技能，培养分析问题的能力和创新能力，为学习专业课程，并为将来在土木 工程各个领域从事专业技术工作打下基础。 流体力学课程在专业教学中将为水文学、土力学、工程地质、土木工程施工、建筑设备 等多门专业基础课程和专业课程阐释所涉及的流体力学原理， 帮助学生进一步认识土木工程 与大气和水环境的关系。 二、课程基本要求 本课程应达到基本要求： (

11、一)具有较为完整的理论基础，包括： 1掌握流体力学的基本概念； 2熟练掌握分析流体运动的总流分析方法，熟悉量纲分析与实验相结合的方法，了解求解简单平面势流的方法； 3掌握流体运动能量转化和水头损失规律，对绕流流阻力有一定了解。 (二)具有对一般流动问题的分析和计算能力，包括： 1水力荷载的计算； 2管道、渠道和堰过流能力的计算，井的渗流计算； 3水头损失的分析和计算。 (三)掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法。具有观察水流现象、分析实验数据 和编写报告的能力。 三、课程教学基本内容 (一)绪论 1流体力学的研究对象和任务。 2流体的连续介质模型、质点。 3作用在流体上的力：表面力和质量力

12、。 4流体的主要物理性质：惯性、粘性、压缩性。 5牛顿流体和非牛顿流体。 (二)流体静力学 1静止流体中应力的特性。 2流体平衡微分方程、等压面。 3重力场中液体静压强的分布。绝对压强、相对压强真空度。测压管水头。 4液体作用在平面上的总压力。压力中心。压强分布图法。 5液体作用在曲面上的总压力。压力体。 6浮力。浮体的平衡。 (三)流体运动学 1描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。流场。质点导数。 2恒定流和非恒定流。一元、二元和三元流动。均衡流和非均衡流。 3流线、元流和总流。流量。平均流速。 4流体微团运动分析。有旋运动和无旋运动。 5连续性微分方程及其对总流的积分。 (四)流体

13、动力学基础 1流体运动微分方程：理想流体运动微分方程。粘性流体运动微分方程(不推导)。 2理想流体运动微分方程的伯努利积分。伯努利方程的能量意义和几何意义。 3总流的伯努利方程。 4总流的动量方程。 5理想流体的无旋流动。流速势函数与流函数。基本平面势流。势流叠加原理。 (五)量纲分析和相似原理 1量纲分析的意义和量纲和谐原理。 2量纲分析方法：瑞利法和定量。 3相似概念。相似准则：雷诺准则、佛劳德准则、欧拉准则、柯西准则。 (六)流动阻力和水头损失 1流动阻力和水头损失的分类。 2粘性流体的两种流态：层流和紊流。流态的判别。 3沿程水头损失与切应力的关系。圆管过流断面上切应力分布。 4圆管中

14、的层流。过流断面上的流速分布。水头损失与平均流速的关系。沿程摩阻系 数与雷诺数的关系。5紊流运动。紊流脉动与时均化。紊动附加切应力。混合长度理论。 6 紊流的沿程水头损失。 尼古拉兹实验。 当量粗糙。 工业管道沿程摩阻系数的曲线图(穆 迪图)。沿程水头损失的经验公式。 7局部水头损失。圆管突然扩大的局部水头损失。局部水头损失系数。 8边界层概念。边界层的分离。绕流阻力。 (七)孔口、管嘴出流和有压管流 1孔口、管嘴出流的基本公式。 2短管(虹吸管、水泵吸水管、有压涵管等)的水力计算。水头线的绘制。 3长管的水力计算：简单管路、串联管路、并联管路、沿程均匀泄流管路。 4水击现象。水击波的传播过程

15、。直接水击和间接水击。水击压强的计算。 5离心泵的原理。工作性能曲线。管道特性曲线。运行工作点。 (八)明渠流动 1. 明渠均匀流。明渠均匀流的水力计算。水力最优断面。允许流速。 2明渠流动状态。微波波速。缓流、急流、临界流。断面单位能量。临界水深。临界 底坡。 3水跃现象。水跃方程。共轭水深。水跃长度。水跃的能量消耗。水跃现象。 4明渠非均匀渐变流微分方程。棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的定性分析。明渠渐 变流水面曲线计算：逐段试算法。 (九)堰流 1堰的形式：薄壁堰、实用堰、宽顶堰。 2堰流的基本公式。流量系数及其影响因素。 (十)渗流 1渗流现象。渗流模型。 2达西定律。渗透系数。渗流对工

16、程的影响。扬压力、管涌。 3恒定渐变渗流的裘皮依公式。井的渗流计算。 (十一)可压缩气体动力学基础(选学) 1可压缩气流运动的基本概念。压缩性。音速。马赫数。 2一元气流的流动特性。 3气流管道流动。 四、实验内容 实验包括演示实验和定量量测实验两类。量测实验应包括下列内容： 1点压强测量； 2点流速测量及流速分布图绘制； 3流量系数测量； 4阻力系数(沿程摩阻系数或局部水头损失系数)测量。 演示实验可选做流线、流动形态、能量转化、水面曲线等现象演示。 五、前修课程要求 1高等数学 2普通物理 3理论力学 4材料力学(基础部分)水 文 学一、课程性质与目的 本课程为土木工程专业的必修课，属于专业基础课程。它是一门阐述和运用水文规律、 开发和发挥工程效益的学科。 主要介绍在水循环从降水到径流过程中， 关于地面径流的形成、 观测，以及对土木工程建筑物的影响。 本课程的教学目的， 是使土木工程专业学生， 了解自然界中水的运行变化与河川径流的 关系，具有分析计算河渠设计